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Résumé

L'impact du changement climatique sur le secteur de la réfrigération a entraîné une augmentation du besoin en froid. Près de 20 % de la consommation globale d'électricité est actuellement utilisée pour la production de froid et elle devrait atteindre 37% d'ici 2050. L'objectif principal de cette thèse est de proposer une approche de conception intégrée et une plateforme d'exploration d'espace de conception pour aider la prise de décision dans les phases amont de conception et aller vers des systèmes de réfrigération  durables.

Tout d'abord, un diagnostic de terrain est réalisé pour représenter et évaluer les opportunités de développement au sein du système socio-technique de la réfrigération. Ce diagnostic se base sur des entretiens, une revue de la littérature et des observations. La méthodologie Radical Innovation Design (RID) est ensuite utilisée pour construire un livre de connaissances et évaluer les opportunités de développement. Il en résulte que les principaux points d’amélioration du système socio-technique actuel de la réfrigération sont :

1. un manque de compréhension des technologies émergentes
2. une faible exploration de l'espace de conception
3. une diversité de langage et d'outils entre les parties prenantes résultant en des systèmes de réfrigération sous-performant.

Ainsi, il est proposé d’aller vers une approche plus intégrée de la conception d’un système de réfrigération grâce à un modèle de connaissances et à une plateforme de simulation et d'exploration de l'espace de conception, cette dernière permettant d’aboutir rapidement à une architecture dimensionnée satisfaisant toutes les parties prenantes.

Afin de capitaliser les connaissances relatives à la conception des systèmes de réfrigération, quinze experts du domaine du froid ayant des rôles différents dans diverses entreprises ont été sollicités au travers d’entretiens, en plus de la revue de la littérature et des observations sur le terrain. Un modèle de connaissances a ensuite été proposé pour la conception et la simulation de systèmes de réfrigération de supermarchés. Quatre concepts sont développés en relation avec le contexte d’usage du supermarché, la structure de la solution, les propriétés et les performances du système qui incluent des modèles physiques, énergétiques, environnementaux, économiques et de maintenabilité. Une plateforme de simulation et d'exploration de l'espace de conception basée sur une énumération brute des solutions faisables est proposée, ainsi qu’un mode d’exploration de type « design by shopping ». Une vérification de l’aptitude de la plateforme à modéliser correctement le problème, à exprimer les préférences des concepteurs et à aboutir au choix d’une architecture dimensionnée satisfaisante est effectuée au travers d’ateliers impliquant des acteurs de la conception de systèmes de réfrigération. Une validation finale des modèles est réalisée en évaluant huit critères tels que la robustesse et la facilité d’utilisation et en comparant les solutions auxquelles les concepteurs ont abouti avec un cas de la littérature.

Composition du Jury

Thèse présentée et soutenue à Paris-Saclay

École doctorale n° 573 : interfaces : approches interdisciplinaires, fondements, applications et innovation (Interfaces)

Spécialité de doctorat : Ingénierie des systèmes complexes